L'activation chronique du stress du réticulum endoplasmique (RE) est une caractéristique commune à de nombreux cancers. De façon générale, toutes perturbations susceptibles d'induire une altération de l'homéostasie protéique activent un stress du RE. Afin de s'adapter, les cellules mettent en place une réponse nommée UPR pour Unfolded Protein Response. Ce programme d'adaptation est relayé par trois protéines localisées dans la membrane du RE (i) la protéine IRE1 (Inositol Requiring Enzyme 1) (ii) le facteur de transcription ATF6 (Activating Transcription Factor 6) (iii) la protéine kinase PERK (PKR-like Endoplasmic Reticulum Kinase). Parmi ces protéines, IRE1 est la seule à être conservée au cours de l'évolution. Elle possède deux activités enzymatiques, sérine/thréonine kinase et endoribonucléase. Sa cible la plus connue est l'ARNm de XBP1 (X-box Binding Protein 1) qui subit un épissage non conventionnel cytoplasmique conduisant à un décalage de phase. Ainsi, l'ARNm est traduit en un facteur de transcription actif, XBP1s (s,spliced). Le rôle de l'UPR a été particulièrement étudié dans les cancers solides. En revanche, les connaissances actuelles sur le rôle précis du stress du RE en général, et de la voie IRE1/XBP1 en particulier dans hémopathies malignes sont extrêmement parcellaires. Une étude clinique démontre que l'expression de XBP1s est corrélée à un meilleur pronostic chez les patients atteints de leucémies aiguës myéloïdes (LAMs). Cependant aucune étude fonctionnelle ne permet actuellement d'expliquer cette corrélation. Afin d'appréhender le rôle de XBP1, nous avons donc mis en place un modèle d'expression inductible dans des cellules leucémiques. L'étude de ce modèle a permis de mettre en évidence une chimiosensibilité accrue à l'aracytine, la doxorubicine et l'étoposide dans les cellules exprimant XBP1s. Nous avons pu démontrer que l'activation spécifique de la voie XBP1 active une réponse apoptotique et inhibe la croissance tumorale dans un modèle de xénogreffe. De façon à caractériser les mécanismes moléculaires sous-jacents et de mettre en évidence de nouvelles cibles, nous avons réalisé une expérience d'immunoprécipitation de la chromatine suivi d'un séquençage. Nous avons pu ainsi identifier le long ARN non codant MIR22HG, précurseur du microARN 22 comme étant une cible directe de XBP1. De nombreuses cibles caractérisées de ce microARN se classent dans la catégorie des oncogènes. Parmi ces cibles la Sirtuine 1 est surexprimée chez les patients et jouerait un rôle pro-survie dans la réponse aux dommages à l'ADN intervenant ainsi dans la résistance au traitement. Ces résultats suggèrent que le microARN 22 pourrait être un marqueur prédictif de la réponse au traitement dans les LAMs. Dans un second temps, nous avons étudié la régulation de XBP1 par un oncogène majeur, FLT3-ITD (Fms-Like Tyrosine kinase-3 receptor - Internal Tandem Duplication) et mis en évidence un mécanisme de rétrocontrôle inattendu entre ces deux acteurs, suggérant ainsi que l'expression de XBP1 peut être dérégulée dans les LAM. Ainsi l'ensemble de nos résultats permet d'appréhender le rôle et la régulation de XBP1 dans leucémies aiguës myéloïdes et pourrait, à terme, permettre de développer de nouveaux biomarqueurs utiles dans la prise en charge des patients atteints de LAM. / Endoplasmic reticulum stress activation is a common feature of cancer cells. Generally, endoplasmic reticulum (ER) stress is triggered by any situation inducing an accumulation of misfolded proteins in the ER. To cope with these perturbations, cells set off a conserved and adaptive intracellular signaling known as UPR or Unfolded Protein Response. UPR involves the activation of three sensors which are transmembrane proteins of ER (i) IRE1 (Inositol Requiring Enzyme 1), (ii) ATF6 (Activation Transcription Factor 6) and (iii) PERK (PKR-like Endoplasmic Reticulum Kinase). IRE1 is the most conserved branch of the three pathways and signals through two catalytic domains: a kinase and an RNAse L like endoribonucleolytic domains. Its most described target is the mRNA of the transcription factor XBP1 (X-box Binding Protein). IRE1 participates to the non-conventional splicing of XBP1 mRNA (XBP1s,spliced) leading to a frameshift and the expression of a potent transcription activator. In solid tumors, the implication of ER stress has been well characterized; however, the current knowledge on the precise role of the UPR in hematological malignancies, notably in leukemia, is extremely poor. A clinical study conducted by Schardt et al. highlighted a correlation between XPB1s activation and a favorable prognosis in acute myeloid leukemia (AML). Firstly, in order to decipher on the role of XBP1, we set up a model enabling the inducible expression of XBP1s in leukemic cells. In this model, XBP1s expression potentiates the effect of chemotherapeutic treatments, aracytine, doxorubicin and etoposide. We also report that XBP1s expression induces apoptosis and inhibits tumor growth in xenograft model. In order to characterize molecular mechanism and new targets, we perform a chromatin immunoprecipitation followed by sequencing. We thus identify the long non-coding MIR22HG, precursor of the microRNA 22 as a direct XBP1 target gene. Many miR-22 targets are classified as oncogenes. Among these targets, Sirtuin 1 is overexpressed in AML patients and could act as a pro-survival factor upon DNA damages, causing drug resistance. These results suggest that miR-22 could be a potent chemotherapeutic response biomarker in AML patients. Secondly, we study XBP1 regulation by the major AML oncogene FLT3-ITD (Fms-Like Tyrosine kinase-3 receptor - Internal Tandem Duplication) and highlight an unexpected feedback mechanism suggesting that XBP1 expression could be deregulated in AML. Taken together these results enable a better understanding of the role and regulation of XBP1 in acute myeloid leukemia and could, in the longer term, enable the development of new useful biomarkers in the management of patients.

Cells are encapsulated by a biological membrane in order to separate the cell interior from the surrounding environment. Different lipids and proteins compose the membrane and present a semi-permeable barrier for the diffusion of ions and molecules across the lipid bilayer. Membrane proteins also mediate the passage of signals between the interior and the exterior of the cell.   To ensure the proper functioning of membrane proteins, it is essential that nascent membrane proteins are correctly integrated into the lipid bilayer to be able to fold and oligomerize.  In this thesis, an engineered protein containing two natural transmembrane segments followed by an additional test segment, has been used as a model protein to study (i) sequence requirements for translocon-mediated insertion of the test segment, (ii) dynamics of nascent membrane proteins undergoing translocon-mediated insertion and (iii) to carry out an extensive mutagenesis scan to identify critical residues in the mammalian arrest peptide Xbp1 that enhances translational stalling in the ribosome. This provides a toolbox of arrest peptides with different stalling strengths that will be useful for force measurements on nascent protein chains. / <p>At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript.</p>

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Fibroproliferative disorders are the leading cause of morbidity and mortality worldwide, with one specific group of fibroproliferative disorders being interstitial lung diseases (ILD). Idiopathic pulmonary fibrosis is the most common ILD; however its pathogenesis is not entirely understood. What is known is that there is repetitive cellular injury preceding the fibrotic remodeling in the lungs that contributes to the irreversible deposition of extracellular matrix (ECM) proteins. Myofibroblasts that accumulate at the site of injury are thought to be the key drivers of ECM deposition and are often associated in the disease. Although it is poorly understood how these immune cells differentiate in the lung, one hypothesis suggests the role of alternatively activated profibrotic macrophages in this process. The data presented in this thesis suggest that there are a presence of UPR and macrophage proteins in the lungs of IPF patients and the UPR may be necessary in the polarization of alternatively activated macrophages. / Thesis / Master of Science (MSc)